半掛牽引車的安全隱患與解決方案研究

摘要：半掛牽引車在道路上行駛，駕駛員對車輛采取制動措施時，車輛由向前行駛到完全停止這一過程容易產(chǎn)生掛車側(cè)滑、甩尾和主車扭頭、回頭的情況，造成車輛失控事故?；诎霋鞝恳囋谛旭傔^程中采取制動措施后存在的上述現(xiàn)象，分析掛車發(fā)生側(cè)滑、甩尾和主車發(fā)生扭頭、回頭的原因，指出半掛牽引車的牽引鞍（座）活動連接存在的潛在性安全隱患，并提出增設(shè)車輛防止回頭裝置的解決方案。

關(guān)鍵詞：半掛牽引車；牽引鞍（座）；安全隱患；防止回頭裝置

中圖分類號：U469.5 收稿日期：2023-05-17

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.09.007

1 前言

半掛牽引車由牽引鞍（座）把牽引車（主車）和掛車兩部分以活動形式連接在一起，牽引座起到把主車的牽引力傳遞給掛車的作用，同時又具有轉(zhuǎn)彎變向和載荷的功能，并且有很好的道路適應(yīng)性。但是，半掛牽引車在道路上正常行駛過程中，如果道路上情況異常，駕駛員對車輛采取制動措施時，半掛牽引車輛就有可能從牽引座活動連接部位回轉(zhuǎn)曲折，出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾以及扭頭、回頭情況，特別是扭頭、回頭極易造成車輛失控，釀成交通事故［1］?，F(xiàn)在的數(shù)字技術(shù)，有很多監(jiān)控視頻可以見證半掛牽引車失控事故的瞬間及過程，這些視頻可以用來分析發(fā)生事故的原因。為此，本文以半掛牽引車在行駛中采取制動后從向前行駛到完全停止這一過程，分析半掛牽引車的牽引座在主車和掛車兩者慣性相互作用下存在的安全隱患，并提出解決這個問題的方法——在牽引座部位增設(shè)防止回頭裝置的解決方案。

2 半掛牽引車在行駛中采取制動時失控特征

半掛牽引車在行駛中采取制動措施后有兩種失控情況：a.掛車側(cè)滑、甩尾；b.主車扭頭、回頭。本文以主車扭頭、回頭情況進(jìn)行研究。

2.1 掛車側(cè)滑、甩尾特征

半掛牽引車在以某種速度行駛中，駕駛員改變（修正）了主車前進(jìn)方向，車輛左右側(cè)地面濕滑度不一，且采取制動措施限制車輛速度，掛車從牽引座活動連接部位曲折，并且掛車尾部由于慣性嚴(yán)重偏離了牽引車（主車）行駛的道路，掛車尾部側(cè)向滑行的同時，在主車牽引力作用下又隨主車仍然向前行駛的一種狀態(tài)就是甩尾。這種情況下主車可以操控，掛車失控［2］。

2.2 主車扭頭、回頭特征

半掛牽引車在以某種速度向前行駛中，駕駛員采取制動措施的瞬間，掛車前行的慣性方向與主車前行的慣性方向存在某種角度（非直線型），掛車的慣性通過活動連接部位的牽引座中間的牽引銷傳遞給主車，迫使主車在制動的情況下向前行駛。同時影響了主車驅(qū)動輪、方向輪在地面摩擦力的方向，主車車輪摩擦阻力矩使主車從牽引座活動連接部位回轉(zhuǎn)彎折，主車就出現(xiàn)了扭頭乃至回頭的情況。此時主車失去操控，掛車也同時失去控制。

3 半掛牽引車在行駛中緊急制動后失控分析

半掛牽引車兩種失控的情況，發(fā)生在車輛行駛中采取制動措施后，主車與掛車從牽引座活動連接部位有回轉(zhuǎn)曲折的特征，說明主車和掛車中間牽引座的活動連接在車輛制動減速情況下存在不安全的因素。

3.1半掛牽引車制動后慣性作用力分析

為了簡潔明了，就用簡單的圖例來分析說明：用一個粗黑長方形方框（A）表示主車，用一個長方形方框（B）表示掛車，見圖1。

為方便受力分析說明，簡化圖1，用線段A表示主車，線段B表示掛車，用圓點表示車輪并標(biāo)注車輪位置及編號，牽引座正中間的牽引銷用圓O表示，見圖2。

主車的扭頭、回頭情況：車輛在行駛中掛車車身與主車車身不成直線（非直線型）情況下，見圖3。

為方便說明，把圖3簡化為圖4。

當(dāng)半掛車行駛中采取制動措施時掛車（B）向前行駛慣性作用在牽引座正中間的牽引銷O上，牽引銷O在主車（A）第一排驅(qū)動輪的車橋正中間，如圖3所示。掛車（B）慣性方向與主車（A）慣性方向存在某種角度。車輛在制動情況下，車輛的制動摩擦力方向都是在行駛的反方向上。主車與掛車呈非直線型，掛車的慣性作用在主車尾部的牽引座中的牽引銷上，推動主車尾部有向左前方行駛的趨勢，使主車車輪產(chǎn)生一個摩擦力分量4，見圖5。摩擦力的合力5就在摩擦力3和4的夾角方向上。

1.主車前進(jìn)方向 2.掛車慣性推力方向 3.主車輪地面摩擦力方向

4.掛車慣性對主車作用后地面摩擦力方向 5.主車地面摩擦力合力方向

主車的任意一個車輪摩擦力的合力5方向都與主車的向前行駛的反方向存在夾角，并且成一排平行線分布在各個車輪與地面接觸的部位。如圖6所示，主車驅(qū)動輪[A3]的制動摩擦力的合力使主車尾部以牽引銷O為圓心作逆時針方向旋轉(zhuǎn)；主車方向輪[A1]的制動摩擦力合力迫使主車頭部以牽引銷O為圓心作順時針方向旋轉(zhuǎn)；由于方向輪[A1]到牽引銷O的距離[A1O]大于驅(qū)動輪[A3]到牽引銷O的距離[A3O]，地面摩擦力對主車就產(chǎn)生了一個嚴(yán)重不平衡的力矩[A1O>A3O]（車輛左右兩側(cè)的車輪是同樣的情況），使主車在行駛中制動的同時以牽引座的牽引銷O為圓心產(chǎn)生回轉(zhuǎn)，從而造成主車扭頭、回頭情況。

以上分析，說明主車扭頭、回頭情況是掛車與主車兩者慣性方向不在同一條直線上時，掛車的慣性作用使主車驅(qū)動輪[A3]、[A2]和方向輪[A1]以主車車身作為杠桿，以牽引座的牽引銷為中心，在制動摩擦力力矩作用下，主車才會發(fā)生回轉(zhuǎn)扭頭。

3.2 扭頭、回頭的成因關(guān)系和途經(jīng)

半掛牽引車的主車出現(xiàn)扭頭、回頭有諸多因素：a.車輛行駛速度；b.車輛左右兩側(cè)車輪接觸的地面平整、濕滑是否一致；c.駕駛員操控；d.采取制動措施時掛車與主車車身是否成直線，以及主車方向輪的方向等。

這些因素都會導(dǎo)致車輛在行駛中采取制動措施后，出現(xiàn)扭頭、回頭事故。車速越快、掛車載貨質(zhì)量越大、行駛中主車與掛車車身非直線型夾角越大、制動越緊急，主車回頭的能量就越大，時間越短，主車回頭造成失控越嚴(yán)重。一旦主車開始出現(xiàn)扭頭，駕駛員幾乎同時失去對車輛的操控能力［3］。

半掛牽引車無論是甩尾和回頭，主車與掛車在牽引座活動連接部位都有回轉(zhuǎn)彎折情況，且回轉(zhuǎn)角度越大，甩尾及回頭越嚴(yán)重。

4 半掛牽引車制動后失控的應(yīng)對方案

4.1 半掛牽引車的掛車側(cè)滑、甩尾

掛車側(cè)滑與眾多車輛一樣，采用ABS制動系統(tǒng)或更高配置能有效防止側(cè)滑現(xiàn)象。但ABS系統(tǒng)不能從根本上解決掛車甩尾，只有牽引座活動連接部位不能活動回轉(zhuǎn)，才能徹底根除甩尾情況。

4.2 半掛牽引車的主車扭頭、回頭

半掛牽引車的主車扭頭、回頭事故特征，說明了解決的方法是：a.解決主車扭頭、回頭的條件；b.切斷主車扭頭、回頭的途徑。相比較而言，切斷途徑的方法更簡單直接有效。從前面分析中，半掛牽引車的主車回頭都會從車輛牽引座活動連接部位回轉(zhuǎn)彎折，所以鎖止半掛牽引車的牽引座活動連接部位，防止半掛牽引車的主車與掛車從牽引座活動連接部位回轉(zhuǎn)彎折，就是切斷了主車扭頭、回頭的途徑。掛車與主車成為一體，半掛牽引車就失去了掛車甩尾、主車扭頭的活動曲折點，也就沒有扭頭、回頭的可能了。

半掛牽引車在行駛中采取制動時，隨時都有圖5（非直線型）的情況，主車的車輪[A1]、[A2]、[A3]在地面上的摩擦力產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩，通過鎖止后的牽引座傳遞給掛車，讓掛車的質(zhì)量慣性來抵消主車車輪在道路上摩擦力產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力，這樣主車就不可能出現(xiàn)扭頭的情況，也就避免了扭頭、回頭事故，給駕駛員提供了一個可以操控主車方向的前提條件，從而避免出現(xiàn)交通事故。

增設(shè)半掛牽引車的牽引座活動連接部位的鎖止功能，即車輛防止回頭裝置，就能最直接、有效地防止主車回頭和掛車甩尾。為了不影響車輛正常行駛和牽引座的基本功能，鎖止?fàn)恳顒舆B接部位的條件，必須是既能及時鎖止又能根據(jù)行駛需要隨時解除。

方案如下：在掛車耐磨板外圍增加一可以裝拆的制動環(huán)，牽引座外加裝兩個半圓形制動塊，通過牽引座處的分動泵來推動制動塊與制動環(huán)相互接觸摩擦，起到牽引座活動連接部位的鎖止效果。防止回頭裝置聯(lián)動原理見圖7。

在半掛牽引車的駕駛室內(nèi)車輛剎車泵總成處分一個支（油、氣）管路到牽引座部位，增設(shè)牽引座活動連接部位鎖止分動泵，車輛制動的同時，牽引座分動泵同時鎖止活動連接部位，使主車與掛車成為一體，車輛制動解除的同時退出牽引座活動連接部位的鎖止。在道路上行駛中，車輛速度一旦低于某一時速時（比如30 km/h），由車輛速度傳感器裝置給出信號，切斷牽引座鎖止信號，退出鎖止，方便車輛在下坡回頭線道路上，以及需要同時控制車速的彎道路段，在不解除車輛制動措施的前提下，牽引座活動接部位仍然有轉(zhuǎn)彎變向的功能。

5 結(jié)語

半掛牽引車在增設(shè)車輛防止回頭裝置后，車輛在行駛中，駕駛員可根據(jù)情況采取制動來操控車輛。車輛不會出現(xiàn)甩尾和回頭情況，增強了駕駛員果斷采取措施避免發(fā)生交通事故的信心。同時車輛ABS系統(tǒng)能更有效地發(fā)揮防側(cè)滑的作用，避免引發(fā)交通事故。

本文通過對半掛牽引車的掛車側(cè)滑、甩尾，以及主車的扭頭、回頭事故進(jìn)行分析，指出主車與掛車的活動連接在行駛中存在的潛在隱患，并提出增設(shè)車輛防止回頭裝置，來解決半掛牽引車的牽引座活動連接部位在行駛中存在的安全隱患，提供了可行性及技術(shù)性構(gòu)思。從車輛行駛安全方面考慮，該研究對設(shè)計制造提出了新的要求，給設(shè)計者提供參考。

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[3]張筱梅.中置軸轎運車這幾大安全隱患惹人憂[J].專用汽車，2018（2）：53-55.

作者簡介：

任海芳，男，1969年生，工程師，研究方向為機械檢修。